Охотники за частицами
Шрифт:
Наши охотники умышленно сверхосторожны. Семь раз отмерь — один раз отрежь! Это неписаное правило стоит одним из первых в кодексе ученых.
И все же тщательный анализ показывает, что электрон не мог прийти снизу. Даже если бы он преодолел свинцовую пластинку, то потерял бы почти всю свою энергию. Этого, однако, не видно.
Остается единственный вывод: след принадлежит движущейся вниз положительной частице.
И эта частица не протон! Протон такой энергии оставил бы толстый короткий след.
Итак, верхний след может принадлежать только положительной частице с массой, близкой к массе электрона.
Но Андерсон и Неддермайер не торопятся с выводами. Новые и новые фотоснимки ложатся на стол исследователей. А за океаном в охоту включились еще двое ученых — англичанин Патрик Блеккет и итальянец Джузеппе Оккиалини. Они тоже придирчиво изучают снимки, сделанные с помощью еще более совершенной камеры, чем прибор американских охотников.
К концу 1932 года последние сомнения рассеиваются. Поймана новая частица. Эта частица — тот самый зеркальный двойник электрона. Он получает название позитрона.
Вот один из таких «несомненных» снимков. Прилетел сверху космический фотон. По его энергии, а она, видимо, значительно превышает миллион электрон-вольт, — это фотон довольно жестких гамма-лучей. Или, как его называют проще, — гамма-квант.
Свисающие со свинцовой перегородки «усики» — следы электронно-позитронных пар, образованных в перегородке пришедшими сверху гамма-квантами. Видно, что каждый из следов в паре закручен магнитным полем в разные стороны.
Гамма-квант молекул газа практически не ионизирует, а потому в камере следа не оставил. Влетел фотон в свинцовую пластинку, и… остальное видно прямо глазом. Сотворил этот фотон в свинцовой пластине пару из электрона и позитрона, вылетела эта пара из пластины. Начало магнитное поле сбивать новорожденных братьев на кривую дорожку. И разошлись пути зеркальных братьев: положительный налево пошел, а отрицательный направо.
Вот и сказочке конец… Остается дописать лишь некоторые подробности о рождении и смерти позитрона.
Сегодня физики уже не лезут на холм по тому пути, который проложил Дирак. Этот путь все же довольно извилист. Они предпочитают более прямой маршрут, который был освоен учеными в последующие годы.
Этот маршрут мысли можно коротко выразить следующими четырьмя словами: «поле превращается в вещество». Но за этими краткими словами стоит целая эпоха в развитии физики.
Мы не историки этой эпохи. Мы не можем останавливаться на всех перипетиях увлекательной судьбы коренных физических понятий, таких, например, как упомянутые выше поле и вещество.
Образно говоря, и то и другое вырвалось из тех рамок, в которые их поставили физики. Будучи разлучены их родителями, они все же сумели ускользнуть из-под родительской опеки и соединились на радость и на горе физикам.
На радость, потому что было открыто исключительно важное новое свойство материи. На горе, потому
Именно закономерности. Ибо превращение гамма-кванта в пару из электрона и позитрона, иными словами — превращение кванта электромагнитного поля в две вещественные частицы оказалось не единичным, а совершенно универсальным событием в атомном мире.
Фотон при таком превращении всю свою энергию без остатка отдает своим наследникам, а сам исчезает. Если его энергия значительно превышает удвоенную энергию покоя электрона, то избыток переходит в солидную кинетическую энергию обеих частиц.
Куда же заводят зеркальных братьев их кривые дорожки? Электрон, постепенно растратив свою энергию, будет, скорее всего, съеден каким-нибудь ионом, встретившимся на его пути. С позитроном могут случиться более интересные приключения.
Он может, например, подойти к атому и соединиться с одним из его электронов. Произойдет микровзрыв, и вся энергия, которой обладали «покойные» частицы, перейдет в энергию двух или трех гамма-квантов, а те разлетятся по разным направлениям.
Может позитрон встретиться и со свободно гуляющим в камере электроном. При этом, прежде чем слиться, обе частицы предпочитают сначала немного повальсировать друг подле друга, образовав некое подобие атома водорода. С той, однако, разницей, что при этом уже нельзя сказать, какая из частиц неподвижна, а какая кружится возле нее: обе частицы одинаковы по массе. Такой «атом» физики назвали позитронием.
И здесь позитрон в конце концов (спустя миллиардные доли секунды) кончает свою жизнь, исчезая в паре с электроном. Это исчезновение физики неудачно окрестили латинским словом «аннигиляция», что по-русски означает «превращение в ничто».
Так еще можно было говорить в первые годы после открытия Дирака. Но, с тех пор как место пустоты заняло в рассуждениях физиков поле, аннигиляцию приходится понимать как превращение вещества в поле. И круг замыкается: поле рождает частицы, частицы рождают поле. Вечный круговорот вещества и поля.
Позитрон открыл собой целый список античастиц. О том, как искали их охотники за частицами, мы расскажем в последующих главах.
Глава 5
Открытие невидимки
Наука — та же армия. Наука никогда не ведет наступление с одинаковой силой по всем фронтам. Сегодня — прорыв оборонительной полосы на одном участке фронта, завтра — на другом, послезавтра — на третьем. Только эти «сегодня», «завтра» и «послезавтра» подчас отделены друг от друга десятилетиями.
Неизмеримо широк фронт физики — от мельчайших частиц до гигантских галактик. Одновременное широкое наступление по всему фронту невозможно. Но когда идет успешное наступление на одних участках, на других не спят. Там внимательно прислушиваются к близкой канонаде и ждут своего часа.